Definierte Rauheiten für Feinbleche

von Prof. Stephanus Faller, Otto Schanderl und Karl Müll Von Topocrom ist eine Hartchrom-Beschichtung mit erstaunlichen Eigenschaften. Die vom gleichnamigen deutsch-/schweizerischen Unternehmen in Zusammenarbeit mit dem Stuttgarter Fraunhofer Institut entwickelte Reaktor-Beschichtung erlaubt neuartige Problemlösungen in der Industrie. Darunter die Erzeugung definierter Rauheiten auf Feinblechen.

Die Oberflächenfeingestalt des Feinbleches ist ein wesentliches, qualitätsrelevantes Produktmerkmal. Es beeinflusst maßgeblich das Umformverhalten sowie die Haftung und die optischen Eigenschaften der Automobillackierung. Die definierte, den Kundenanforderungen entsprechende Oberflächenstruktur des Feinblechs wird beim Nachwalzen im Dressiergerüst erzeugt. Hierbei wird die Oberflächenstruktur der texturierten Arbeitswalze auf die Oberfläche des unbeschichteten oder oberflächenveredelten Feinbleches übertragen. Bei der Topocrom Texturierung der Oberflächen von Arbeitswalzen handelt es sich um eine stochastische galvanische Abscheidung von strukturierten Chromschichten auf der Stahloberfläche der Arbeitswalze. Der Aufbau der Topocrom Schicht erfolgt direkt auf die fein geschliffene und gereinigte Oberfläche des Walzenballens der Arbeitswalzen. Herkömmliche Walzentexturierverfahren verformen die Walzenoberfläche entweder plastisch durch Beschuss mit feinkörnigem metallischen Strahlkorn (SBT) oder schmelzen sie partiell auf (EDT, EBT, LT). Die Rauheit der Chromschichten kann nach dem patentierten Topocrom Verfahren durch Verändern der rechnergesteuerten Abläufe bei der Hartchrom-Abscheidung in dem Bereich von Ra 0,5 µm bis Ra 12,0 µm definiert, eingestellt und exakt reproduziert werden. Auch die Spitzenzahl RPc lässt sich bei gegebener Rauheit gezielt verändern. Im Vergleich zu üblichen Strukturierungstechniken können auch Spitzenzahlen von RPc > 100 1/cm definiert eingestellt werden. Eine Anlage zur Beschichtung von Arbeitswalzen basiert auf der patentierten und bewährten Reaktortechnologie. Dieses Verfahren hat Topocrom in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, entwickelt. Die geschliffenen und entfetteten Arbeitswalzen werden mit dem Kran in die Beschichtungsreaktoren abgesenkt. Nach dem Verschließen mit dem aufgesetzten Reaktorkopf wird der computergestützte Prozess mit automatisiertem Ablauf in Gang gesetzt. Dazu gehört die Hydrodynamik der Elektrolyte, das Wärmen und Kühlen, die Elektrolytüberwachung und vieles mehr. Die Prozess-Parameter einer Beschichtung werden gespeichert und können bei einer Folgeproduktion wieder aktiviert werden. So lässt sich die vom Kunden gewünschte Oberfläche immer wieder exakt reproduzieren. Die Anlage erfüllt sowohl die strengen gesetzlichen Vorgaben unterschiedlicher Länder als auch höchste Ansprüche bezüglich Umwelt- und Arbeitsschutz. Topocrom Anlagen stehen unter anderem in den Stahlwerken Salzgitter in Salzgitter/Deutschland, bei Posco in Gwangyang/Südkorea und bei Erdemir in Eregli/Türkei. Schichtaufbau und Härte der Topocrom Schicht beim Texturieren – selbst von hochfesten Stählen – erlauben extrem hohe Walzenstandzeiten. Dazu ein Beispiel aus der Praxis: Mit einem Topocrom texturierten Walzenpaar werden in kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlagen bis zu 40.000 Tonnen Feinbleche ohne Walzenwechsel strukturiert. Während des Einsatzes im Dressiergerüst ist nur eine geringe Rauheitsabnahme der Topocrom Topografie festzustellen. Die halbkugelförmige Kalottenform der Topocrom Schicht wirkt sich vorteilhaft auf die Stabilität der Oberfläche aus. Die besonderen Belastungen an den Spitzen der Topografie (ein Nachteil anderer Topografie-Formen) treten im vorliegenden Fall nicht auf. Die Härte der Chromschicht ist ein offensichtlicher Vorteil der aufbauenden Strukturgebung. So trägt nicht das im Vergleich weiche Grundmaterial die Hauptlast des Walzvorgangs, sondern die extrem verschleißfeste, etwa 60 µm dicke Chromschicht. Der geringe Verschleiß ermöglicht auch eine breitenunabhängige Produktion. Die Rauheitsänderung kann vernachlässigt werden, so dass Breitensprünge zu größeren Breiten ohne Qualitätseinbussen möglich sind. Die Ansprüche – etwa der Automobilindustrie – an die Wirtschaftlichkeit und Qualität steigen weiter. Die Topocrom Technologie erfüllt diese Anforderung: Hohe Fertigungssicherheit mit konstanter Qualität der Blechoberfläche bei sehr hohen Standzeiten der Arbeitswalzen. Relevant sind zudem die günstigen Herstellungskosten der Topocrom Schicht im Vergleich zu EDT/Hartchrom. Ein Kostenvergleich des Stahlwerks Posco ergibt einen Kostenvorteil von 37 Prozent zu Gunsten von Topocrom. Zudem konnten dank der spezifischen Oberflächenstruktur beim Umformen von Feinblech und beim Lackieren bei führenden Automobilunternehmen signifikante Verbesserungen nachgewiesen werden. Topocrom strukturierte Feinbleche werden unter den Handelsnamen Pretex (Salzgitter AG) und Postex (Posco) erfolgreich an die Automobilindustrie vertrieben und im Karosseriebau für Innen- und Außenhautteile eingesetzt. Die wesentlichen Potenziale durch eine maßgeschneiderte Gestaltung der Blechoberfläche sind die Verbesserung von Umformbarkeit und Lackierbarkeit, die Ausbildung einer hohen Anzahl geschlossener Schmiertaschen, was die Umformbarkeit verbessert und den Verschleiss von Umformwerkzeugen reduziert, sowie die hohen Spitzenzahlen auch bei höheren Rauheitswerten und geringe Kurz- und Langwelligkeit, was sich positiv auf das Lackerscheinungsbild auswirkt. Einen neuartigen Ansatz zur Charakterisierung von Oberflächenfeinstrukturen bieten die dreidimensionalen Oberflächenkenngrößen (Quelle: Salzgitter AG, Pretex-Feinblechoberfläche). Bei den 3D-Oberflächenkenngrössen wird die beim Umformen vom Werkzeug auf das Werkstück übertragene Kraft über drei Traganteile (Materialtraganteil und die Traganteile der offenen sowie geschlossenen Leerflächen) aufgeteilt. Unter den offenen Leerflächen versteht man Vertiefungen in der Oberflächenstruktur, aus denen ein darin befindlicher Schmierstoff unter Druckbelastung entweichen kann. Hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften sind jedoch die geschlossenen Leerflächen von größerem Interesse. Die abgeschlossenen Schmiertaschen liegen bei der Texturierung mit Topocrom relativ hoch im Rauhgebirge, so dass sie schon frühzeitig aktiviert werden und die Reibkräfte über den gesamten Umformvorgang hinweg verringern. Mit zunehmender Anzahl geschlossener Leerflächen und Leerflächenanteilen verbessern sich die tribologischen Eigenschaften der Oberflächenstruktur. Aufgrund der hohen Anzahl geschlossener Leerflächen und Leerflächenanteilen der Topocrom Struktur im Vergleich zu anderen Texturierverfahren wurden besonders gute tribologische Eigenschaften bei Abpressversuchen bei Automobilherstellern eindrucksvoll bestätigt. Pretex- und Postex-Oberflächen sind im Vergleich zu EDT in der Regel deutlich feingliedriger. Das Raugebirge von Pretex und Postex weist deutlich mehr Spitzen auf, als das der EDT-Oberflächen. Diese Eigenschaften sorgen für ein glänzendes Lackerscheinungsbild. Demgegenüber wirken langwellige Erscheinungen störend. Im Vergleich zur gestrahlten und zur funkenerosiv aufgerauten Oberfläche weisen Pretex und Postex Oberflächen in der Regel eine verringerte Welligkeit auf, was dem Lackerscheinungsbild zugute kommt. Durch den Einsatz einer mit Topocrom beschichteten Walze im letzten Gerüst der Tandemstrasse kann dieses Ergebnis verbessert werden.W

www.topocrom.com

www.ipa.fraunhofer.de

EuroBLECH Halle 11, Stand C 06

www.salzgitter-ag.de

EuroBLECH Halle 16, Stand F 54

www.posco.com